Обоснование основных параметров гравитационной колонки при очистке семян сои

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование основных параметров гравитационной колонки при очистке семян сои

В.Г. Хамуев,

Аннотация

Актуальность. Проводили научные исследования по очистке семян сои гравитационным способом для повышения качества очистки и технико-экономических показателей работы установки. Цель исследования - обосновать основные параметры гравитационной колонки на основе геометрических характеристик и гравитационных сил с помощью специальных гребенок при очистке семян сои. Материалы и методы. Использовали гравитационный макетный образец установки для очистки семян сои. Обосновывали диаметр прутков гребёнок при очистке семян сои. Определяли оптимальное горизонтальное расстояние между гребёнками (1_г). Определяли оптимальную пропускную способность колонки при различных подачах (удельных нагрузках) исходного материала. Результаты и обсуждение. Установили оптимальный диаметр прутков гребенок для гравитационной колонки - 1,5 мм, при этом чистота семян получена 98,94 %, а потери семян составили 0,76 %. Установили оптимальное горизонтальное расстояние между гребёнками -22 мм - при чистоте семян 98,78%, полнота выделения частиц менее 4,0 мм по колонке 2 - 78,33 %, потери семян по второй колонке - 0,79 %. Установили оптимальные значения удельных зерновых нагрузок для гребёнок с зазором между прутками до 5,0 мм, они равны 2,5-3,0 кг/(см ²-ч). гравитационный очистка соя

Ключевые слова: семена сои, соя, очистка семян, сортировка семян, сепарация семян, гравитационные колонки.

SUBSTANTIATION OF THE MAIN PARAMETERS OF A GRAVITY COLUMN WHEN CLEANING SOYBEAN SEEDS

V.G. Khamuev, S.A. Gerasimenko

Abstract

Introduction. Conducted scientific research on the cleaning of soybean seeds in a gravitational way to improve the quality of cleaning technical and economic indicators of the installation. The purpose of the study is to substantiate the main parameters of the gravity column based on the geometric characteristics and gravitational forces using special combs when cleaning soybean seeds. Materials and Methods. A gravitational model of a soybean seed cleaning plant was used. The diameter of the comb bars was substantiated when cleaning soybean seeds. The optimal horizontal distance between the combs (log) was determined. The optimal throughput of the column was determined at different feeds (specific loads) of the starting material. Results and discussion. The optimal diameter of the comb bars for the gravity column was set at 1.5 mm, while the seed purity was 98.94% and the seed loss was 0.76%. The optimal horizontal distance between the combs was set to 22 mm, with a seed purity of 98.78%, the completeness of particles less than 4.0 mm in column 2 - 78.33%, seed loss in the second column - 0.79%. The optimal values of specific grain loads for combs with a gap between the bars up to 5.0 mm were set equal to 2.5-3.0 kg/(cm²-h).

Key words: seeds, soybeans, cleaning, sorting, separation, gravity column.

Введение

Стабильное производство селекционных семян сои является основой продовольственной безопасности России среди масличных культур [6, 7, 10, 11]. Осложнением для производства семян служат определенные почвенно-климатические особенности возделываемых площадей [1, 8]. Эти площади находятся в зоне рискового земледелия, что приводит к повышению влажности и засоренности поступающего материала в селекционные центры от комбайнов. Следствием этого является интенсивное самосогревание и быстрая порча селекционного материала.

Массовые зерноочистительные машины предварительной очистки не способны очищать засоренный и переувлажненный материал семян сои за один проход, так как при первой подаче материала на решето происходит забивание его отверстий не только мелкой примесью, но и половинками семян сои [12-14]. Устройства, предназначенные для очистки решета, не способны избавить решето от забивания [3, 4], поэтому производится разборка машины и отверстия решета пробиваются вручную, затем снова материал подается на очистку, что приводит к значительному увеличению травмирования селекционного материала семян сои.

В Федеральном научном агроинженерном центре ВИМ проводятся исследования гравитационного способа очистки семян сои для создания зерноочистительной машины, способной очищать засоренный и переувлажненный материал семян сои за один проход без травмирования семян [2, 5, 9].

Цель исследования - обоснование основных параметров гравитационной колонки на основе геометрических характеристик и гравитационных сил с помощью специальных гребенок при очистке семян сои.

Материалы и методы. Для исследования была создана имитационная модель вертикальной гравитационной колонки (рисунок 1). Она имеет прямоугольное сечение 84^125 мм и высоту 600 мм. Три её стенки изготовлены из ДСП, а четвертая - из прозрачного органического стекла для наблюдения за процессом очистки. Внутри колонки установлены гребёнки, представляющие собой консольно-закрепленные на общей поверхности в ряд металлические прутки.

Рисунок 1 - Технологическая схема имитационной модели вертикальной гравитационной очистительной колонки

Очистка семян в колонке заключается в следующем. Исходный материал подается в колонку сверху и самотеком движется вниз по гребёнкам. Во время движения мелкие частицы проходят через зазоры между прутками и вдоль боковых стенок падают вниз (фракция "проход"), а крупные, скользя по гребёнкам, также опускаются вниз (фракция "сход"), где разделённые фракции собираются в соответствующие ёмкости.

Исходный материал соя сорта "РОСЬ" массой 3 кг влажностью 11,7 % с чистотой 94,22 %, с содержанием примеси 5,78 % (половинки сои, дроблёные семена, шелуха) предварительно разделён на решетах (размерами <2,5; 2,51...3,0; 3,01...3,5; 3,51...4,0; 4,01.4,5; 4,51.5,0; 5,01.5,5; 5,51.6,0; 6,01.6,5; 6,51.7,0; 7,01.7,5; 7,51.8,0; >8,01 мм). Общий вид каждой фракции представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Общий вид распределения частиц исходного материала (соя + примеси) по их толщине во фракциях: P - выход фракции, %

Взвешивание полученных фракций производили на электронных весах: GF-600 "AND" d=0,001g; ГАРАНТ ВПН-500У б=0,01кг.

Чтобы установить оптимальные параметры гравитационной колонки, провели несколько экспериментов.

Эксперимент №1. Определяли диаметр прутков гребёнок при очистке семян сои, засоренных мелкими органическими и минеральными примесями, а также мелкими и щуплыми семенами, половинками семян сои, дробленными вдоль и поперёк, при этом оценивали точность разделения исходного материала и фракций "сход" и "проход" на решетах с продолговатыми отверстиями. Фракция "проход" подвергалась ручной разборке, после чего определяли полноту выделения, потери, чистоту и выход фракции. Использовали две колонки по 8 шт. гребёнок в каждой, с прутками 01,5 мм (колонка 1) и 02,0 мм (колонка 2). Зазор между прутками (z) выбирался из условия, что необходимо выделить как можно больше половинок сои и мелкой примеси. Распределение частиц исходного материала по их толщине во фракциях (рисунок 2) показывает, что наибольшее количество примеси выделится, если зазор между прутками составит 4,0 мм. Минимальное горизонтальное расстояние между соседними гребёнками (4) составляло 15 мм. Прутки гребёнок имели вид кривой радиусом 106 мм.

Эксперимент №2. После выбора диаметра прутков гребёнок определяли оптимальное горизонтальное расстояние между гребёнками (4). В гравитационной колонке устанавливали гребёнки на расстоянии 4 равном 15, 22 и 29 мм (колонки 1, 2 и 3 соответственно) с зазорами между прутками z=4,0 мм, а диаметр прутков выбирался по результатам первого эксперимента. Фракция "проход" подвергалась ручной разборке, после чего определяли полноту выделения, потери, чистоту и выход фракции. Решетный анализ проводили согласно эксперименту № 1.

Эксперимент №3. В этом эксперименте определяли оптимальную пропускную способность колонки при различных подачах (удельных нагрузках) исходного материала. Расстояние между прутками выбиралось по результатам второго эксперимента. Зазор между прутками (z) выбирался из условия, что необходимо выделить как можно больше половинок сои и мелкой примеси, а также выделить путем калибровки наиболее полноценные семена. Распределение частиц исходного материала по их толщине во фракциях (рисунок 2) показывает, что наибольшее количество примеси выделится, если зазор между прутками составит 4,0 мм, а калибровку примерно необходимо проводить с зазорами между прутками 5,0 и 6,5 мм. В исследованиях с зазорами 4,0 и 5,0 мм решетному анализу, а также ручной разборке (эксперимент № 1) подвергались исходный материал и фракция "проход". В исследовании с зазорами 6,5 мм решетному анализу, а также ручной разборке подвергались исходный материал и фракция "сход". Определяли полноту выделения, потери, чистоту и выход фракции.

Результаты и обсуждение. С учётом движения зернового потока по гребёнкам с постоянной скоростью (v=2,65-2,93 м/с) для имитационной модели вертикальной гравитационной очистительной колонки принимаем: форму прутков гребёнок в виде криволинейной поверхности; длину прутков гребёнок - 132 мм; их радиус кривизны - 106 мм; угол наклона кромки криволинейной поверхности гребёнок - 0°; шаг размещения гребёнок по высоте - 190 мм.

В работах Стрелкова А.А. нет исследований по определению толщины прутков и их влияния на производительность и эффективность сепарации зерновых смесей.

Поэтому согласно методике, описанной выше, были обоснованы следующие конструктивные параметры.

Эксперимент №1. Полученные данные приведены на рисунке 3. На сепарации сои с подачей материала в колонку 1, равной 0,9756 т/ч, колонку 2 - 0,8579 т/ч чистота семян получена 98,94 % и 98,63 %, что попадает в категории ОС и ЭС. Потери семян по первой колонке составили 0,76 %, по второй - 7,82 %. Во второй колонке по сравнению с первой в проход попало больше полноценных семян с поперечным размером зерновок превышающих зазор (4,0 мм), установленный между прутками гребёнок (рис. 3.). Это превышает исходные требование (ИТ) на основные технологические операции (потери не должны превышать 3,0 %) более чем в 2 раза (исходные требования на базовые машинные технологические операции в растениеводстве Елизаров В.П. и др. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации). В колонке 1 увеличилась точность классификации частиц. Повысился выход фракции "сход", который относится к семенам, более, чем на 6,5 % (Рколонкаі=94,8 %; Рколонка 2=87,84 %). Лучшие результаты получены на колонке 1. В связи с этим все дальнейшие эксперименты проводились с поперечным диаметром прутков гребёнок равным 1,5 мм.

Рисунок 3 - Распределение частиц очищаемого материала по их толщине во фракциях, полученных на гравитационных колонках с различными диаметрами прутков

Эксперимент №2. Полученные данные (колонка 1 с 4=15 мм, колонка 2 с 4=22 мм, колонка 3 с 4=29 мм) приведены на рисунке 4. На сепарации сои с подачей материала в колонке 1, равной 0,9756 т/ч, колонку 2 - 1,9829 т/ч и колонку 3 - 3,04932кг/ч чистота семян получена 98,94 %, 98,78 и 97,45 %, что попадает в категории ОС и ЭС (колонки 1 и 2), а в категорию ниже РС колонка 3 (ГОСТ Р 523252005). Потери семян по первой колонке составили 0,76 %, по второй - 0,79 % и по третьей - 1,48 %, что соответствует исходным требованиям на технологические операции. Полнота выделения частиц менее 4,0 мм по колонке 1 составила 81,84 %, колонке 2 - 78,33 % и колонке 3 - 56,61 %. Колонка 3 выделяет недостаточное количество материала, что меньше предъявляемых ИТ (полнота выделения не менее 75 %). Лучшие результаты получены на колонке 2. В связи с этим все дальнейшие эксперименты проводились с поперечным диаметром прутков гребёнок, равным 1,5 мм, и горизонтальным расстоянием между гребёнками 22 мм.

Эксперимент №3. Полученные данные приведены на рисунке 5. На сепарации сои с зазором между прутками гребёнок 4,0 и 5,0 мм (колонки 1 и 2) с увеличением удельной зерновой нагрузки (подачи материала) растёт выход материала во фракцию "проход" и увеличиваются потери материала с размерами большими установленного зазора между прутками гребёнок (z). Так, при q_min=0,79 кг/(см ²-ч) (колонка 1) и qmin=0,75 кг/(см ²-ч) (колонка 2) выход фракции "проход" равнялся 3,24 и 9,66 % с потерями 0,02 и 2,6 % соответственно, при q_max=5,16 кг/(см ²-ч) (колонка 1) и q_max=3,39 кг/(см ²-ч) (колонка 2) с потерями 0,91 и 8,56 % соответственно.

На тех же колонках 1 и 2 с увеличением удельной зерновой нагрузки чистота фракции "сход" (С) и полнота выделения частиц размером менее z (є) растёт до определенного значения, а далее снижается. Так, при q=2,74 кг/(см ²-ч) (колонка 1) и q=2,56 кг/(см ²-ч) (колонка 2) C_max и є_тах равнялись 98,7 % и 78,2 % (колонка 1) 94,33 % и 73,12 % (колонка 2) соответственно. Потери при этих значениях q равны 0,59 % (колонка 1) и 6,17 % (колонка 2), что удовлетворяет требованиям операций основной (не более 3,0 %) и окончательной (калибровки не более 10 %) очисток ИТ.

Рисунок 4 - Распределение частиц очищаемого материала по их толщине во фракциях, полученных на гравитационных колонках с различными горизонтальными расстояниями между ними

Из вышеизложенного следует, что оптимальные значения удельных зерновых нагрузок для гребёнок с зазорами до 5,0 мм, диаметрами прутков 1,5 мм и горизонтальными расстояниями между гребёнками 22 мм равны 2,5-3,0 кг/(см ²-ч).

На сепарации сои с зазором между прутками гребёнок 6,5 мм (колонки 3) с увеличением удельной зерновой нагрузки (подачи материала) снижается выход материала во фракцию "сход" и уменьшаются потери материала с размерами, меньшими установленного зазора между прутками гребёнок (z). Так, при q_min=0,83 кг/(см ²-ч) выход фракции "сход" равнялся 18,56 % (не удовлетворяет ИТ не более 10 %) с потерями 13,94 %, при qmax=4,08 кг/(см ²-ч) с потерями 9,96 % (удовлетворяет ИТ).

На той же колонке 3 с увеличением удельной зерновой нагрузки чистота фракции "проход" (С) и полнота выделения частиц размером более z (є) постоянно снижается, в отличие от предыдущих колонок 1 и 2. Тогда, исходя из оптимального соотношения потерь, чистоты и полноты выделения, оптимальная удельная зерновая нагрузка составляет также 2,5-3,0 кг/(см ²-ч).

Рисунок 5 - Распределение частиц фракции "проход" по их толщине при разных удельных зерновых нагрузках в гравитационных колонках с различными зазорами между прутками (z)

Выводы

По результатам расчётов и исследований и с учётом движения зернового потока по гребёнкам с постоянной скоростью (v=2,65-2,93 м/с) для очистки семян сои на гравитационной колонке определены конструктивные параметры: оптимальные значения удельных зерновых нагрузок для гребёнок с зазорами до 5,0 мм, диаметрами прутков 1,5 мм, горизонтальное расстояние между гребёнками 22 мм равны 2,5-3,0 кг/(см ²-ч).

В опытно-производственных хозяйствах и фирмах в среднем получают около 2000 т сои за сезон. Нормативная годовая загрузка (т) машин для послеуборочной обработки зерна и семян составляет 1000 часов. При заданной производительности машины на калибровке и очистке в 2,5 т/ч удельная нагрузка гребёнки равна 2,5 кг/(см ²-ч).

На сепарации сои с зазором между прутками гребёнок 6,5 мм (колонки 3) с увеличением удельной зерновой нагрузки исходя из оптимального соотношения потерь, чистоты и полноты выделения, оптимальная удельная зерновая нагрузка составляет также 2,5-3,0 кг/(см ²-ч).

Библиографический список

1. Вишнякова М.А., Бурляева М.О., Самсонова М.Г. Маш и урд: перспективы возделывания и селекции в российской федерации // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. Т. 22. № 8. С. 957-966.

2. Гиевский А.М., Шацкий В.П., Харитонов М.К. Обоснование формы лотка делителя зернового вороха многоярусного решетного стана // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2021. Т. 14. № 3 (70). С. 18-25.

3. Загоруйко М.Г., Старостин И.А., Коцарь Ю.А. Автоматизированная система управления технологическим процессом зерноочистительной машины // Аграрный научный журнал. 2020. № 6. С. 93-98.

4. Измайлов А.Ю., Шогенов Ю.Х. Интенсивные машинные технологии и техника нового поколения для производства основных групп сельскохозяйственной продукции // Техника и оборудование для села. 2017. № 7. С. 2-6.

5. Кабашов В.Ю., Туктаров М.Ф., Байназаров В.Г. Экспериментальное исследование зерноочистительной машины с решетным станом продольно-поперечного колебания // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2019. № 2 (50). С. 115-120.

6. Каманина Л.А. Влияние агроэкологических факторов на качество семян среднеспелых сортов сои амурской селекции // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2018.№ 72. С. 167-171.

7. Литвиненко О.В., Скрипко О.В., Покотило О.В. Исследование особенностей аминокислотного и жирнокислотного состава семян сои амурской селекции // Хранение и переработка сельхозсырья. 2017. №6. С. 29-32.

8. Утенков Г.Л., Каличкин В.К. Совершенствование методических подходов к повышению эффективности машинных технологий возделывания зерновых культур в условиях Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 4. С. 14-17.

9. Хамуев В.Г. Обоснование параметров гравитационной очистительной колонки // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020. Т. 14. № 4. С. 26-32.

10. Шабалкин А.В., Дубинкина Е.А. Соя - экономически выгодная культура // Аграрная Россия. 2022. № 1. С. 17-21.

11. Шишхаев И.Я., Делаев У.А., Власенко М.В. Влияние сроков посева сортов сои на потребление азота и качество урожая // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2015. № 4. С. 29-32.

12. Analysis the Parameters of Quality Sunflower Hybrid Seed after Processing on Fine Cleaner, Trijer Machine and Gravity Separator / G. Jokic, S. Prole, D. Butas, A. Sedlar, R. Bugarin, J. Turan // Savremena poljoprivredna tehnika. 2016. N 42. P. 25-38.

13. Effect of Sieve Drum Inclination Angle on Wheat Grain Cleaning in a Novel Rotary Clea / Z. Krzysiak, W. Samociuk, A. Skic, G. Bartnik, J. Zarajczyk, M. Szmigielski, D. Dziki, S. Wierzbicki, L. Krzywonos. 2020. V. 8. 346 p.

14. Substantiation of basic scheme of grain cleaning machine for preparation of agricultural crops seeds / A. M. Giyevskiy, V. I. Orobinsky, A. P. Tarasenko, A. V. Chernyshov, D. O. Kurilov // 11th International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems. MEACS December. 2017.

Размещено на Allbest.ru